Question

火成岩的野外调查

Answer 1

对火成岩的研究主要包括野外地质调查、取样和室内的岩矿测试、综合分析等方面。这里主要介绍野外地质调查的基本内容。

火成岩野外调查是所有研究的基础。野外工作的第一步，是要鉴定岩石究竟属于喷出岩还是侵入岩，主要标志包括手标本上观察的岩石结构和矿物组成特点，以及露头上的构造特征和产状（表2－6）。有关结构构造的特征，将在第三章中描述。

表2－6 喷出岩与侵入岩的一般特征

（据Raymond，1995，修改）

火成岩的野外研究，涉及从研究对象本身（系统）的观察到与外部环境关系的分析，需要考察系统内部单元组成及各单元之间的相互关系、系统与外部环境之间的相互关系等。随着调查的深入，着眼点还会从岩石组成特征、相互关系的观察与描述，拓展到进一步提取有关岩石成因、形成条件、形成环境、成矿关系及区域构造控制等相关的信息。

（一）侵入岩的野外调查

侵入岩野外调查的最基本的内容是：(1)火成岩体的内部组成（岩石类型）和内部构造；(2)岩体内部不同岩类或组成单元之间的关系（包括包体和岩墙、岩脉等）；(3)火成岩体的形态和大小特征；(4)火成岩体与围岩的关系；(5)围岩构造；(6)岩石成因和构造环境标志（与火成岩体侵位深度、剥蚀深度、岩浆混合、同化混染、分离结晶以及岩浆活动与区域构造关系等的地质标志）；(7)岩浆岩与成矿关系，等等。这里着重介绍在野外特别需要重视的几方面内容。

1.侵入体大小、形态及空间分布

岩体的大小与岩体的剥蚀深度、同期岩浆活动的强弱程度等有关，而岩体的形态和空间分布特征常与所处构造环境相关，也受侵位机制的影响。例如，在伸展背景下侵位的岩体常常呈圆形，并截断区域构造线方向，而在造山作用中形成的岩体，往往呈带状分布，长轴走向与造山带延伸方向一致。因此，野外要注意观察火成岩的分布与区域上的构造线、断层和褶皱之间的关系。

严格说来，岩体的大小、形态和空间分布特征要在结合遥感、物探和钻探等方法，在开展详细地质填图之后才能确定。在开展野外调查之前，要尽可能收集已有的资料，尤其是矿区的勘探资料。在野外，可以从两方面着手初步分析岩体的三维形态：首先应多测量岩体与围岩接触面的产状，分析岩体向深部的变化趋势，如接触面外倾、岩体向深部变大、接触面内倾则向深部变小；其次是对岩体中的原生构造（如各种面状和线状组构，见第三章）和岩石包体的分布特征进行大量的测量和统计分析（马昌前等，1994），细致观察岩体内部的岩石结构、岩相带的变化以及接触变质带的宽窄和变化特点。例如，岩体中的流面构造和层节理（L节理）（见第三章）常与岩体－围岩的接触面产状一致。

2.复式岩体的侵入期次

大部分岩体是同期岩浆多次脉动或涌动侵位形成的，有些岩体还可能是时间差别很大的不同期岩浆侵位形成的复式岩体。野外调查时要注意区分同一岩体内不同期次侵入的岩石单元，并据各单元岩石间的接触穿插关系、冷凝边的发育和捕虏体的分布情况，判断其侵位的先后顺序和侵位的时间差。根据侵入时间的差别，可以将岩体或岩石单元之间的接触关系分为三类：一是超动侵入关系，是不同期岩体之间的侵入关系，因时间长，前期侵入的岩体已经完全固结并冷却，二者的接触界面较明显，可切割早期侵入体的原生和次生面理，晚期侵入的岩体边缘冷凝边发育，常见早期侵入体的捕虏体，早期侵入体中则可具烘烤边或蚀变现象；二是脉动侵入关系，是同期岩浆时间间隔相对较长的一种侵入接触关系，晚期侵入的岩浆是在前者基本固结后但尚未冷却时侵入的，接触界面清晰，但两侧的岩石不发育冷凝边和烘烤边，因两次岩浆都侵入于相近的深度，岩浆同源，在结构上变化不大，矿物组合上具有一定的联系；三是涌动接触关系，同期岩浆前后两次侵入的时间差很短，在先侵入的岩浆尚未固结的情况下，就有新的岩浆随后侵入，在两次岩浆侵入的边界附近，就会出现岩浆的混合现象，并可出现渐变过渡的接触关系。

3.岩体内部构造和围岩构造

岩体内部构造是恢复岩体产状、剥蚀深度的依据，也能提供有关岩体侵位与区域构造发展关系（识别构造前、同构造和构造后侵入体）（马昌前等，1994）和侵位机制的重要证据。侵入体的内部构造可分为四类：一是含有晶体、包体的岩浆由于流动而产生的流面、流线构造，可以反映岩体与围岩接触面的产状（流面的产状）和岩浆的流动方向（流线的指向）；二是岩浆固结成岩阶段因冷却收缩形成的原生节理构造；三是岩体固结过程中或固结之后，由于后期岩浆的强力主动侵位（例如，热气球膨胀作用）而致先侵位岩石的变形，形成的原生片麻理和糜棱面理构造；四是岩体形成过程中或侵位之后，受区域构造的挤压作用而发生变形，出现各种面状和线状组构（片麻状构造、糜棱构造、包体的定向性等）。后两种构造的野外特点相似，需分析这些面状和线状组构的分布规律才能加以识别。例如，构造前的侵入体，岩体的变形是后期区域构造叠加的产物，因而，构造线方向切过岩体边界，并与区域构造方向一致；而与岩体侵位有关的构造，会受岩体与围岩接触带产状的制约，而从接触带向外，与侵位有关的变形强度逐渐减弱。因此，在侵入岩区填图时，要把岩体内部构造的观察测量与围岩构造的分析结合起来，并注意将岩体内外构造的测量结果表达在图面上。

4.岩石包体及岩墙（脉）

在侵入体内，常常会出现不同颜色、大小和形态的岩石包体（详见第九章），它们的成因复杂，能够提供有关岩浆起源、演化和侵位机制的重要信息（马昌前等，1994），值得高度重视。例如，岩浆早期结晶形成的暗色析离体（堆积包体），可以指示岩浆结晶分异过程；基性岩浆贯入酸性岩浆内时形成的暗色微粒包体（混杂包体或混成包体），可能记录了岩浆混合作用过程，反映了壳幔相互作用或岩浆底侵作用（magmatic underplating）；而岩浆从上升通道和围岩中捕获的捕虏体的存在，既暗示岩浆与围岩之间可能存在的同化混染作用，又可能反映岩浆的侵位与顶蚀等作用有关。在侵入体的野外调查中，要注意观察和统计包体的类型、大小（长、宽）、形态、含量和定向性，注意对不同类型的包体及包体内部不同部位的取样，并做好素描、照相和记录等工作。

许多侵入体内外，发育有大量的镁铁质岩墙群和细晶岩、伟晶岩脉，它们是壳幔相互作用、岩浆演化过程和侵位深度的记录，有的还与成矿有关。尤其是镁铁质岩墙群，被誉为认识地球动力学过程的钥匙，要加强野外产状、区域分布特征、年代学、古地磁学、地球化学、侵位机制等方面的研究，其中，岩墙群的几何形态和方向性就具有重要的构造意义（Hoek ＆Seitz，1995）。

5.侵入体内部的相带划分

任何侵入体内部都不可能是完全均一的，由中心向边缘常常出现矿物组成、结构构造、包体及岩脉多寡、变形强弱等的变化。这种变化，既可能是岩浆多次侵入所致，也可能是同一批岩浆冷凝速率不同或侵位后出现分离结晶、岩浆混合和围岩混染的结果。在野外调查时，需要细致识别和追索，并标绘在地质图上。相带划分的关键是要找到易于识别的标志，例如，斑晶的大小和含量、基质的结晶程度、暗色矿物含量的变化、包体大小和含量的变化、流面流线发育的程度等，均可作为相带划分的标志。北京周口店花岗闪长岩体，就存在分相现象（见图2－17）。

6.侵入体与围岩的接触关系及侵入时代的限定

如前所述，除断层接触不能确定岩体时代外（图2－22a），侵入接触和沉积接触都具有相对的时代意义。在观察侵入接触关系时，尤其要注意岩体所侵入的地层时代，同一侵入体的不同部位可能与不同时代的地层接触，但最新的地层应为侵入体形成时代的下限（图2－22b）。沉积接触关系的确定有重要意义，其主要标志是：(1)侵入体与上覆地层间有不平整的古风化壳或侵蚀面；(2)上覆地层底部有下部侵入岩的砂砾或矿物碎屑；(3)沉积地层的层理与接触面平行，且无任何热接触变质等现象；(4)靠近接触面处，岩体无冷凝边，等等。江西赣州地区的上犹花岗岩体（莫柱孙等，1980），其南部和东部与寒武系呈侵入接触关系，围岩发生热变质，形成斑点状云母角岩和长英质角岩；岩体北侧为上白垩统南雄组所覆盖，岩体西侧被中泥盆统铁扇关组沉积覆盖（图2－23）。铁扇关组底部为花岗质组成的长石砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩互层，其下则为花岗岩古风化壳。区域内缺失志留系－下泥盆统地层。徐克勤等（1957）就根据地质标志最早确定该岩体属于加里东期花岗岩，近年来新的锆石U－Pb SHRIMP定年（毛建仁等，2007），获得了460±10Ma的年龄，进一步证明该岩体属奥陶纪中期产物。

图2－22 断层接触和侵入接触实例

图2 －23 江西上犹花岗岩的沉积接触和侵入接触关系（据莫柱孙等，1980）

侵入年龄的限定还可据其中的（次生）定向组构（片麻理）的发育情况来判断。一般来说，同一地区，片麻理发育的岩体一般较老，片麻理不发育的岩体较新，但有后期断裂带影响者例外。根据片麻理产状与区域构造线的关系，可粗略限定岩体的形成时代。例如，某一地区发育有燕山期的区域变质事件，岩体内的片麻理产状与该变质事件在前燕山期围岩中形成的片麻理产状一致，则该岩体就是在燕山期变质事件以前侵位的（前燕山期岩体）。

7.围岩蚀变特征及矿化

岩浆固结晚期残留的热液或因气运作用集中在岩浆房顶部的热液，常与围岩发生化学反应，产生一系列物质成分、结构构造的变化，同时形成各类矿床。常见的围岩蚀变有矽卡岩化、钾化、硅化、青磐岩化、绿泥石化、绢云母化等，特别要注意是否存在矿化现象。

（二）火山岩的野外调查

1.火山岩剖面测量及喷发旋回、韵律的划分

火山岩剖面的测量要尽量在火山岩厚度最大、跨过火山构造的部位进行，要尽可能避开多个火山构造的喷出物叠置的部位。火山岩的分层要以喷发次数或冷却单元为单位，需注意的是，火山岩同一冷却单元的顶、中、底部，由于氧化条件、冷却条件和挥发分的逃逸难度的不同，岩石的颜色、结构、构造也会有很大的差别。例如，堆积在陆相盆中的基性熔岩，熔岩层底部因与水体接触会发育淬碎角砾岩，因缺氧而呈绿色或黑色，顶部因氧化多为紫红色，发育气孔带，中部因冷却缓慢，气孔不发育，结晶程度好，具块状构造；酸性火山岩火山灰流相堆积的凝灰岩，因顶、底与中心的冷却速度不同，就存在熔结程度的明显差别。这些特征可作为冷却单元内部的结构来描述，还可以当做很好的示顶构造，而不应将其视为不同的分层。熔岩表壳中气孔的定向特征、熔岩中的流面构造、熔结凝灰岩中的假流纹构造、熔岩中的柱状节理（垂直于熔岩层面）均可用来判断火山岩的产状。

火山岩地层剖面测量除要查清岩石组合，进行系统的取样外，另一个重要的目的是要对火山岩的喷发韵律、旋回进行划分，研究火山活动的规律。火山岩在岩相、成分、结构、构造等方面的周期性变化称为韵律，一个韵律是由多层岩石组成的，厚几米至几十米。划分韵律时应考虑以下几种情况：

◎熔岩组成区：可用熔岩成分的周期变化划分韵律，如玄武岩－安山岩－英安岩，组成一个韵律；

◎火山碎屑岩组成区：可用火山碎屑物的粒度粗细变化，或涌浪相－灰流相－空落相堆积的交替变化来划分韵律；

◎火山碎屑与熔岩组成区：可用火山碎屑－熔岩，或熔岩－火山碎屑岩组成韵律；

◎火山碎屑与熔岩、正常沉积岩区：可用火山碎屑 －熔岩－沉积岩的周期变化组成韵律。

火山岩的韵律性变化与岩浆房内的分层、岩浆源区的补给和岩浆房内的结晶演化作用有关。对韵律的研究，有利于分析岩浆房的内部过程。

火山喷发所形成的更大的周期性变化称为旋回。旋回的概念相当于侵入岩中的期，两个旋回间的界线较韵律清楚，因为在旋回之间往往存在较长的时间间断。因此，可以以不整合界面或较厚的沉积夹层作为旋回的分界。一个旋回是由多个韵律组成的，厚几百米至几千米，一般以地层组（或群）为单位。不同的火山旋回在岩石的系列组合、地球化学特征上常有较大的差别，这种差别往往与构造环境的演化或转换有关。

火山岩剖面测量的另一目的是要限定火山岩的形成时代。大部分火山岩地层中都含有沉积岩夹层，要注意在沉积岩夹层中寻找有断代意义的化石，在没有沉积岩夹层或有沉积岩夹层而没有化石的情况下，就主要依靠同位素测年方法。

2.火山岩岩相填图与火山机构研究

火山岩区地质调查的一个重要的方面，是识别和圈定出火山机构。火山机构是指构成一座火山的各个组成部分的总称，不仅包括出露在地表的各个火山岩的相，还包括地表以上的锥体和岩浆在地下的通道，与火山作用有关的环状、放射状裂隙和次火山岩体等。后面这些部分往往是火山岩矿床成矿物质的通道和重要的成矿空间。由于剥蚀和构造变动，地史时期的古火山机构已经遭到破坏，保存不完整，无法从地貌上识别，而需要通过较大比例尺的火山岩岩性－岩相填图来圈定。其中，要特别关注以下岩相的空间分布：

（1）弹射空落相的火山集块岩和火山角砾岩是近火山口和火山锥堆积的标志，这些岩石的出现表明了古火山口的存在。

（2）环状岩墙和锥状岩墙（潜火山岩）环绕火山中心（火山口）分布，是火山机构的重要组成部分。

（3）放射状裂隙（多被次火山岩充填，成为放射状岩墙）的中心指向火山口，也是火山机构的重要组成部分。

（4）酸性熔岩（多为侵出相），多成岩穹、岩钟分布在火山口或其周围，可作为火山口位置的识别标志。

（5）火山岩厚度分布的最大处往往存在火山口。

（6）熔岩流线指向的交汇处和据气孔判断的熔岩流动反方向的交汇处是火山口的位置。

（7）灰流相凝灰岩由近火山口到远火山口厚度快速变小，熔结程度降低。

（8）涌流相凝灰岩堆积距火山口的距离比灰流相者要小得多。

3.海相与陆相火山岩

在火山岩区开展野外调查时，还要注意区分火山岩是形成于海相还是陆相环境。两种环境的岩石在岩石组合、系列和形成的构造环境方面都有差别。例如，海相火山岩可以形成于洋中脊或洋岛等环境，主要由细碧角斑岩－变拉斑玄武岩组成，而陆相火山岩可以形成于活动陆缘或陆缘弧环境（以安山岩和流纹岩为主），也可以形成于陆内裂谷环境（以碱性玄武岩和拉斑玄武岩为主）。